自然辩证法概论 第4讲 科研选题与科学事实

第二篇科学方法论8/12/20241科学方法论8/12/20242第4讲科研选题与科学事实科学方法论概述科学问题与科研选题科学观察与科学实验8/12/20243第一节科学方法论概述一、科学认识系统二、科学方法三、科学方法论8/12/20244一、科学认识系统科学认识主体：科学研究者科学认识客体：研究对象科学认识中介：研究工具和手段物质性中介精神性中介：科学知识科学方法8/12/20245二、科学研究方法特殊研究方法：只适合某些学科一般研究方法：适用于各门自然科学普遍研究方法：适用于自然科学、社会科学及人文学科8/12/20246三、科学方法论定义：关于科学研究中的一般方法的理论，研究科学研究一般方法的性质、特点、内在联系和变化开展的理论体系。8/12/20247科学方法论研究内容:各种一般方法的本质、有效的原因、其适用的范围、限度、各种方法之间的相互关系。8/12/20248科学方法论功能：研究科学方法的本质及其相互联系，促进科学研究活动的高效、准确。8/12/20249第二节科学问题与科研选题一、科技研究的一般程序二、科学问题三、科研选题与科研课题8/12/202410一、科技研究的一般程序1、选题：确定科研方向，提出科学问题，并确定科研课题。2、查阅科学资料，搜集科学事实：通过查阅文献、观察或实验获取。8/12/202411科技研究的一般程序3、对科学事实进行理论加工，提出科学假说。4、验证科学假说：实践检验、逻辑证明。8/12/202412科技研究的一般程序8/12/202413二、科学问题1、从提出问题到形成科学问题问题：疑难求解的理想或期望与当前能力之间的差距。科学问题：一定时代的科学认识主体在当时的知识背景下提出的关于科学认识和科学实践中需要解决而未解决的矛盾。8/12/202414科学问题通常是与未知的领域相关联，但并非所有的未知领域都属于科学问题，只有进入了主体视野的、引起人们求解欲望的未知领域才属于科学问题。8/12/202415人们可以提出各式各样的问题，但并非所有的问题都具有科学价值。并且，时代和知识背景还决定着科学问题的意义和解答途径。一个问题是否有科学意义，在不同的知识背景下，答复是不同的。8/12/2024168/12/202417又如，追溯宇宙起源的问题，在古代科技水平下，只能用盘古开天辟地的神话或上帝创世说的神学理论来答复。直到20世纪初，由于广义相对论的创立和天文观测的新发现(河外星系谱线红移)，对宇宙起源有了理论和事实的依据从而成为一个科学问题。1948年，伽莫夫在广义相对论提供的膨胀宇宙模型中，进一步引入了根本粒子理论和核物理理论加以研究，对宇宙起源这一问题做出了较为有说服力的答复。8/12/202418希尔伯特的23个问题1900年希尔伯特提出的的23个问题，对现代数学的研究和开展产生了深刻的影响，极大地推动了20世纪数学的开展并起了积极的推动作用.希尔伯特问题中有些现已得到圆满解决，有些至今仍未解决。8/12/202419*科学研究始于问题？归纳主义者认为科学研究始于观察：观察→归纳→假说形成→检验这种观点统治西方科学界近300年。但它与现代科学开展的实际过程并不相符。8/12/202420证伪主义那么强调科学研究始于问题：P1→TT→EE→P2波普尔认为，科学研究是一种创造性的探索活动，科学研究的根本目的，是为了解决尚未解决的问题。因此，科学研究是从问题开始而不是从观察开始的，因为漫无目的地观察和实验是不存在的。波普尔的观点与科学事实相符，得到越来越多的人赞同。8/12/202421一方面：只有科学问题才会引起研究，观察若不引起问题，绝不会导致探索过程。科学始于问题另一方面：并不能简单的断言观察居先，问题居后。8/12/202422科学研究始于问题！1、科学研究是一项探索性的活动，探索的目的是由问题引起的。从科学研究的具体进程看，人们总是以问题为框架有选择地去搜集事实材料，与问题有关的材料被搜集起来，与问题无关的材料那么置于一边，不在科学认识主体中引起信息效应。8/12/2024232、观察到现象而不产生问题是不会开始与该现象有关的研究的。故只有带着问题的观察才能获得科学事实，进而成为科研的起点。〔没有目的的观察是无法获得有意义的科学事实的，而观察的目的往往由问题引起的〕8/12/2024243、我们讨论科学研究的起点，虽然与时间的先后顺序有关，但重要的是要看哪一个因素真正推动研究，是哪一个环节引出整个科研的链条。实际情况是问题推动科学家进行研究，是问题引出整个科学研究的链条。8/12/202425例证阿基米德原理的发现始于金冠问题。德布罗意物质波的发现始于光是什么的问题。避雷针的创造始于雷电问题。莫尔斯电报机源于电磁感应的问题。袁隆平创造籼型杂交水稻始于水稻杂种优势问题。非欧几何的创立始于欧氏第五公设问题。科学始于问题8/12/202426问题贯穿研究始终科学研究不但始于问题，而且正是“问题〞推动研究，指导研究。我们常常发现，当我们致力于解决一个问题的时候，新的问题又产生了，而且新问题往往是前一问题的延续或深入。我们将这种研究和解决问题的方式称作“问题推进式研究〞。温度计所指示的究竟是温度还是热量？8/12/202427带着问题实验伽利略于1953年创造了第一支温度计，但是很长的一段时间人们并不知道温度计指示的究竟是温度还是热量。直到18世纪中叶，英国科学家布莱克他观察到蒸馏的过程中，虽然不断地加热，温度计所指示的标度却始终不变。布莱尔觉得奇怪并提出了问题，这是怎么回事呢？这个问题指导他进行了许多实验进行研究。后来他悟出了一个道理：热量和温度是两回事；温度计所指示的是温度而不是热量。8/12/202428问题推动研究解决问题发现新的问题、再研究进行研究提出问题“问题〞是科学研究的真正灵魂，贯穿于科学研究的始终。科学研究从问题开始，问题推动研究，指导研究；研究固然是为了解决问题，但同时也开掘出更加深入的问题。问题的深入和研究的深入只不过是统一过程的两个方面罢了。因此可以说，自然科学开展的历史就是它所研究的问题开展的历史，是问题不断展开和深入的历史。8/12/202429科学问题的来源经验事实理论结构科学问题理论内部技术条件理论之间8/12/202430科学问题的来源*〔1〕从某个理论内部的逻辑矛盾而提出；比方，数学史上三次数学危机说明，每一次危机的出现，都是原有理论根底中逻辑矛盾的暴露，希帕索斯悖论、无穷小悖论、罗素悖论的发现与解决，都导致了一种自洽理论体系向新的自洽理论体系的过渡和飞跃。8/12/202431〔2〕从不同理论体系之间的矛盾而提出；如，正是达尔文进化论与热力学第二定律之间的矛盾，才导致耗散结构理论的产生。8/12/202432〔3〕从理论结构不符合普适性和逻辑的简单性而提出；例如，自牛顿?自然哲学的数学原理?出版之后，18至19世纪的许多优秀数学家物理学家，如伯努里，欧拉、达朗贝尔、拉格朗日、哈密尔顿等人都力图以逻辑上等价的、美学上更完美的形式重新表达牛顿的理论，这样就使牛顿力学的结构更加简明、精确、严整。8/12/202433〔4〕从现有理论与新的经验事实的冲突中提出；如黑体辐射现象和以太漂流零实验；普朗克量子假说的提出8/12/202434〔5〕对经验事实未能作出统一的理论说明所提出的问题例如在19世纪，当化学元素一个一个相继被发现后，就提出了这样的问题；各种各样的元素之间是否存在着内在的联系?最终导致了元素周期律的提出8/12/202435科学问题8/12/2024368/12/202437科学问题爱因斯坦指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅是个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题、新的可能性、从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。〞8/12/202438科学问题科学学的奠基人、物理学家贝尔纳指出：“一般来说，提出课题比解决课题更困难。〞8/12/202439当然提出问题并不是科学研究的全部例：中子的发现与王淦昌的终身遗憾1930年王淦昌进入德国柏林大学师从著名的核物理学家梅特娜。王淦昌赴德不久，柏林大学举行了一次在物理学上有历史意义的讨论会。主讲人德国物理学家科斯特斯报告了关于德国物理学家玻特和他的学生贝克近期做的一个实验。他们用放射性钋所放出的α粒子轰击铍核，发现了很强的贯穿辐射。他们把这种辐射解释为γ辐射。无独有偶，梅特纳早在1

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年就对γ辐射与元素衰变的关系作出了实验证明；此后，她对γ辐射的性质也作过一系列的研究。8/12/202440王淦昌对γ射线是否具有那么强的贯穿能力所需要的高能量表示疑心，决定亲自做一下。玻特在实验中用的探测器是计数器。王淦昌想，如果改用云雾室做探测器，并有适量放射源做实验，就会重新得到这种实验现象，从而弄清这种贯穿辐射的本性。对这个实验，王淦昌颇有信心。讨论会之后，他一连两次去找导师，希望借用师兄菲利普的云雾室，着手研究玻特发现的这种贯穿射线。可惜，梅特娜始终没有同意王淦昌的请求。8/12/2024411

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年，约里奥－居里夫妇改做了这个实验，在铍源与测量装置之间放一蜡块，发现计数器的计数大

为增加。他们最后的结论仍把这种现象称为γ辐射效应。查德威克用不同的探测器——高压电离室、计数器和云雾室独立地进行了上述实验，证实了这种贯穿辐射乃是中性粒子流，这种粒子就是中子。19

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年2

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日，查德威克的这项实验成果在?自然?杂志发表。5

天后，约里奥－居里夫妇公布了他们用云雾室再次进行这项实验的成果，成为查德威克实验的佐证。查德威克因此获得了1

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年度的诺贝尔物

理学奖。8/12/202442三、科研选题8/12/202443科研选题：是为了实现某个特定目标所需要研究的一个或一组科学问题。即确定研究对象和选择研究课题的全过程。8/12/202444科研选题的意义科研课题与问题的共同点在于：两者都是值得研究探讨的科学问题，都是未知的东西。只不过问题是课题的根底，课题是问题的深化，是由一些有价值、有创造的问题进一步形成的。8/12/2024452、科研选题的根本原那么科研选题是科学研究过程中的决定性环节。〔1〕需要性原那么〔首要原那么〕：要满足社会实践或科技自身开展的需要。8/12/202446需要性原那么其中，社会实践需要包括经济开展需要、国防建设需要、医疗卫生和文化教育需要等。科学理论开展需要那么包括开拓科学领域、更新科学理论、改进科学方法等方面的需要。8/12/2024478/12/2024488/12/202449〔2〕科学性原那么要有科学事实根据和科学理论依据。要求人们选择课题时，必须以一定的科学理论和科学事实作为依据，按客观规律办事。将选题置于时代和当时的科技背景下，使之成为在科学上可以成立和可以探讨的问题，即要持之有故，选之有理。科学性原那么，也称为限制性原那么。8/12/202450科学性原那么要求我们在选题时既要尊重事实，又要对已变动的事实提出疑心、敢于创新。当然，对已被实践检验为根本正确又未被新的事实所否认的理论，也不应随意疑心。一方面，如果发现选题不科学，使研究难以进行，应及时转移课题。科学家卢瑟福的巨大成就就是发生在他及时从无线电的研究转向原子结构研究之后取得的。8/12/202451但另一方面，选题正确也难免在探索中出现挫折、失败，这不应成为疑心选题科学性的简单依据，而应从主观、客观两个方面寻找原因。如法拉第就是在经过十年艰辛探索，四次重大失败后才解决了“转磁为电〞的科学问题。8/12/202452〔3〕创新性原那么：要求课题具有先进性、新颖性和突破性。创新性是科学研究的灵魂。从选题开始就要十分注重创新，具体说来，可大致包括以下几个方面：8/12/202453①概念、观点上的创新。普朗克的“能量子〞，爱因斯坦的“同时性的相对性〞，新的时空观念，受激辐射概念，德布罗意的“物质波〞，海森堡的“测不准关系〞，李政道、杨振宁的“弱作用下宇称不守恒〞，模糊数学的“模糊〞概念等都是概念、观念上的创新。这种创新外表上看只是一个新概念、新观点的提出，但在科学开展中起到了里程碑式的作用。8/12/2024548/12/2024558/12/202456③应用上的创新。把原有原理、理论、方法应用到新的领域、工程中去，即库恩所说的“扩大理论同自然界之间的接触点〞，通常也会遇到巨大的困难，也需要创造性的工作才能解决。而解决这些困难和新问题，也会带来一定创新。8/12/2024578/12/202458〔4〕可行性原那么：此原那么主要指选题应与主客观条件相适应，根据已经具备的或经过努力可以具备的条件进行选题。所谓选择研究课题的可能性原那么，就是说，选择研究课题要量力而为，要具有完成课题预期目的现实可能性。8/12/202459美国贝尔实验室前负责人莫顿说得好：“选择题目不能草率，如果没有现实的可能，选题就等于零。〞意思是说，不具备现实可能性条件的课题，哪怕再新颖诱人也无济无事，因为这样的课题，或者无法进行，或者中途下马，或者长期研究不见成果。8/12/202460选择研究的课题，需要具备哪些现实可能的条件呢？从客观现实可能的条件看，有两点需要注意：

8/12/202461一是要选择那种真正成熟的课题。所谓真正成熟的课题，是指在确定的研究方向内的一些课题，有其自身开展的层次和程序，先研究谁，后研究谁，有个不以人的意志为转移的循序渐进，瓜熟蒂落、水到渠成的时机问题，应选择那种时机已到的课题。8/12/202462爱因斯坦从1923年至1955年逝世，积30年之久研究统一场论这一大课题，结果只留下一大堆连他自己也弄不清物理意义的数学方程式，究其原因，就是客观条件不具备，没有把握好课题成熟的时机。比方当时比较清楚的物理场，只有电磁相互作用和引力相互作用，另外的强相互作用和弱相互作用两种还不甚了了，所以走向统一场论的条件和途径并不明朗。8/12/202463然而，统一场论课题毕竟是符合科学性原那么的，只要客观条件具备了，问题就会被重新提出来并逐步得到解决。60年代以来，格拉肖(S．Gtashow，美)、温伯格〔美)、萨拉姆(A．Salam，巴基斯坦)建立的标准场理论，在弱电统一理论上取得了突破，向四种根本相互作用的统一理论迈出了重要的一步。他们成功的要诀，在于吸取了爱因斯坦的经验教训，从物质结构和相互作用的结合，实物粒子与场的结合入手而到达的。8/12/2024648/12/202465选题的各个原那么之间不是彼此孤立而是有机联系的。需要性原那么表达了科研的目的，科学性原那么表达了科研的依据，创造性原那么表达了科研的价值，可行性原那么表达了科研的条件。其相辅相成、互相制约，在选题时必须综合运用。8/12/202466第三节科学观察和科学实验科学事实科学观察和科学实验观察与实验中认识论问题8/12/202467一、科学事实1、科学事实的含义定义：科学事实是指人们对所观察到的客观存在的事件、现象或过程所做的真实的描述或记录。8/12/202468三种事实的比较客观事实：在时空中客观存在的事件现象或过程。客观事实具有客观性，可以被感知和被认识，但本身不是认识，无对错之分。8/12/202469经验事实：人们用科学语言对通过观察、实验而被感知的客观事实所做的描述和记录，也可以说是客观事实在符号系统中的表征。8/12/202470问题？？？1〕科学事实与客观事实有什么不同？2〕科学事实与经验事实有什么不同？8/12/202471解答？1〕客观事实是科学事实的根底，是科学事实反映的对象。科学事实是客观事实在人脑中的反映，是认识范畴。8/12/2024722〕科学事实也属于经验事实的范畴。但不是所有经验事实都是科学事实，经验事实有可错性。只有那些经过鉴定，被认为是对客观事实的真实或正确反映的经验事实，才称得上科学事实。8/12/202473眼见为实?8/12/2024748/12/2024758/12/2024768/12/202477比泽尔德幻觉：图中所有的红色看起来都一样吗？8/12/202478柱子是圆还是方？8/12/202479你看到了什么？8/12/202480能看出狮头在哪儿吗8/12/202481两个人的未来8/12/202482你能看到几个脑袋？8/12/202483心理压力测试图8/12/2024848/12/202485眼见未必实8/12/2024862、科学事实的特点1、科学事实是单称陈述。因为它是观察者对特定事物的观察陈述，是关于个别存在的描述。单称陈述是关于某一对象有或没有某种属性的陈述，全称陈述是反映某一类中全体对象有或没有某一属性的陈述。8/12/2024872、科学事实是可重现的，具有可重复性。3、科学事实受理论影响。〔比较培根的“无污染的观察〞〕8/12/2024883、科学事实的作用1〕科学事实是形成新概念、建立新理论的根底。2〕科学事实是检验科学假说和评价科学理论的依据。8/12/202489二、科学观察和科学实验一、科学观察的含义及其类型科学观察是人们在科学认识中用感官或借助仪器对客观事物进行有目的有方案的感知活动。8/12/202490两种分类：a，自然观察和实验观察；b，直接观察和间接观察。8/12/202491感官的生理限制：视觉范围----可见光听觉20~20kHZ对空间时间的认识没有精确性人的感官容易产生错觉。…………8/12/202492二、科学实验是指人们运用科学仪器设备，在人为控制或模拟自然过程的情况下获取科学事实的活动。与单纯的自然观察相比，科学实验是一种更充分表达人是主观能动性的实践活动，能获得更丰富和更深层次的经验事实。8/12/202493观察者听命于自然界，而实验者那么质问自然界，并且迫使自然界坦露她的秘密。——法国科学家居维叶8/12/202494实验具有以下三个特点和作用1〕简化和纯化自然现象恰当的实验方法可以排除次要的、偶然的、附属的因素，使对象呈现出简化的纯粹的属性。8/12/202495美国为检验关于几种相互作用的假说，在地下600米深处建造一个能容10000立方米纯水的大洞，目的在于从中寻找质子衰变的闪光。在这种条件下做实验就是为了排除宇宙射线和水中其他杂质的干扰。8/12/2024962〕强化和再现自然现象实验由于是人工控制，可以使被观察的现象重复出现，以便核对和验证。8/12/202497在人为控制下，某些过程可以得到定向强化，创造出地球上难以出现的特殊条件，如超高温、超低温、超高压、超真空、超强磁场、超导电性等。在强化条件下，有可能发现前所未有的事实。8/12/202498如在接近绝对零度的超低温下，几乎所有的气体都被液化，某些材料具有无电阻、抗磁等超导性。在超高温下，电子脱离稳定轨道变为自由电子，中性原子变为离子，材料变为非固体非液体非气体的“等离子体〞。8/12/2024993〕延缓或加速自然过程自然界有的过程非常短暂，如根本粒子的湮灭；有的过程非常漫长，如天体演化、生命起源。通过各种模拟实验认为地加速或延迟，以研究不同的自然现象。8/12/20241008/12/2024101实验的简单分类按目的：1〕探索和验证以质量：2〕定性和定量从对象：3〕直接和模拟8/12/2024102实验对对象的干扰作用实验通过对研究对象的物质作用而认识对象，干扰作用是固有的，无法铲除的。在经典物理学中，干扰作用原那么上可以降低至忽略不计的程度。在量子力学中，干扰作用原那么上必须考虑。——测不准原理。8/12/2024103*启示重新审视人与自然的关系——主客体不可分割。什么是科学研究的对象？——并非外在于人的纯客观世界，而是人类所建构的自然，是人化的自然。回到马克思主义的源头：从实践的观点理解新唯物主义，而非静观的唯物主义。8/12/2024104三、观察实验中的认识论问题有纯粹客观的观察吗？——观察与理论的相互关系如何理解观察的客观性？观察实验中的机遇问题8/12/20241051、观察和理论的关系

1、纯观察说2、中性观察说3、观察渗透理论4、观察依赖于理论8/12/2024106“纯粹观察说〞：

培根认为观察是一种纯粹的感官活动，不受任何理论的影响，在观察中应该排除任何理论的影响，进行纯粹客观的观察。“如果某人的视网膜上有正常形成的太阳映像，那么他就看到了太阳。〞8/12/2024107你们要象小学生那样坐在事实面前，准备放弃一切先入之见，恭恭敬敬地照着大自然指的路走，否那么，就将一无所得。——赫胥黎纯观察说实质上是把观察等同于纯粹的生理反响过程，把观观察做类似于摄影机镜头的物理成像。8/12/2024108中性观察说逻辑经验论者使纯粹观察说更进一步。他们提出中性观察说，认为科学中存在两种语言：观察语言和理论语言。8/12/2024109观察语言是对描述观察结果的准确工具。理论语言从观察语言而来，借助于一定的语义规那么，用来“指称不可观察的事件、事件的不可观察的方面或特点〞。8/12/2024110“观察渗透理论〞？！汉森的“理论负荷说〞。观察并非只是感官对观察对象“刺激〞的消极反响，而是受到观察者的理论影响和支配的。8/12/2024111开普勒和第谷一起在高山上观察日出。第谷看见的是太阳从固定的地平线上冉冉升起，而开普勒看见的却是静止的太阳底下滚动着的地平线。8/12/2024112一个难倒爱因斯坦的问题：请答复这道题：A和B可以相互转化，B在沸水中生成C，C在空气中氧化成D；D有臭鸡蛋的气味。请问A，B，C，D分别是什么？

8/12/2024113理论负荷的观察-观察不仅是拥有视觉经验，而且也是拥有视觉经验的方式人们能够获得关于同一物理状态的相同视觉映像，但是具有不同理论背景知识的人们对这一视觉图象可以有着不同的组织方式或理解

8/12/2024114观察中渗透着理论1，观察不仅是接收信息的过程，同时也是加工信息的过程。2，特定观察者的背景理论知识特定时期的科学开展3，理论渗透在观察陈述的表达之中。观察陈述是用语言表述的，而语言总与特定的科学理论联系着。8/12/2024115因此：1，理论在观察中发挥定向作用观察过程为科学理论所渗透-观察过程中背景理论的可靠性影响观察可靠性-科学理论背景的转换有助于科学事实的发现

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101+111-----------------------11008/12/20241172，理论在观察中发挥加工改造作用观察者的背景经验、信念也会影响观察的过程-观察者的经验——所受到的训练

-观察者的预期——先行于观察的信念8/12/20241183，被观察对象始终是客观存在，是第一性的，不会因为观察者的主观因素不同而改变，观察结果的内容是客观的——完全依赖于理论的观察也不存在。8/12/2024119“是理论决定我们能够观察到的东西〞“只有理论，即只有关于自然规律的知识，才能使我们从感觉印象推理出根本现象〞——爱因斯坦8/12/2024120观察完全依赖于理论？“看到〞——“理解为〞“解释成〞观察对象的内容具有客观性，是第一性的8/12/2024